基于HART协议智能压力变送器的研究

论文摘要

随着当今世界自动化技术的快速发展和微电子技术的进步,以及现场总线技术的应用逐渐成熟,在生产过程中自动的检测技术的应用也是越来越广,对生产中的信号采集,传输和数据处理要求也是越来越高。而在自动检测中智能仪表的应用也是不可或缺,对智能仪表的要求也是越来越高。不仅要求其具有相当高的可靠性,稳定性和检测精度,而且要求其具有自动化,多功能和智能化的发展。由于现场总线技术的具有开放性数字式和多点通信的底层控制网络的特点。现场总线技术是实现数字化发展的必然趋势。但是考虑到目前国际上传统的工业控制领域中基于4~20mA的模拟设备依然在广泛的应用。所以必然实现模拟到数字的过渡,因而HART协议的运用,是实现这一过渡的最有力的工具。HART协议是一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。经过多年的发展,HART技术在国外已经十分成熟,并已成为全球智能仪表的工业标准。本文主要研究了符合HART通信协议下的智能仪表进行模拟信号与数字信号的实时传输,研究和设计了智能的压力变送器系统。该设计主要在HART协议的基础上,首先详细的介绍了智能变送器各硬件模块并设计了变送器系统的硬件模块包括微处理系统模块、传感器模块及通信模块、D/A和A/D模块。然后对该系统的软件进行了设计。对温度漂移和非线性的补偿校正,使用神经网络进行了校正和补偿,使该系统的测量精度极大的提高。对智能变送器的现场通信和系统参数的设置及调试进行了重点介绍。同时还对该系统的软件结构和硬件调试中遇到的问题进行分析和总结。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 智能仪表发展历程
• 1.2 智能仪器仪表的功能及其优势
• 1.3 现场总线技术在智能仪表中的应用
• 1.3.1 现场总线的简介
• 1.3.2 现场总线系统的技术特点
• 1.3.3 现场总线的发展趋势
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 2 HART 通信协议的工作原理及应用
• 2.1 HART 协议的概述
• 2.2 HART 仪表的特点
• 2.3 HART 现场仪表的组成及特点
• 2.4 本章小结
• 3 智能压力变送器的硬件设计
• 3.1 MCU 控制模块的设计
• 3.2 供电电源模块的设计
• 3.3 传感器模块设计
• 3.4 HART 通讯模块设计
• 3.5 系统硬件电路的设计与分析
• 3.6 本章小结
• 4 非线性校正和温度补偿的实现
• 4.1 智能变送器的校正和补偿方法
• 4.2 RBF 神经网络对传感器的校正和补偿
• 4.2.1 正向建模
• 4.2.2 逆向建模
• 4.3 非线性校正与温度补偿的意义
• 5 智能压力变送器的软件设计
• 5.1 C 语言和汇编语言的混合编程
• 5.2 软件的系统结构
• 5.2.1 监控程序的设计
• 5.2.2 测控程序
• 5.2.3 通信程序
• 5.2.4 软件抗干扰和可靠性设计
• 5.3 本章小结
• 6 系统的调试与仿真
• 6.1 综合参数设置
• 6.2 电流微调
• 6.3 压力校正
• 6.4 无源迁移/两点微调/零点调整
• 6.5 研究仿真
• 6.5.1 正向建模仿真
• 6.5.2 逆向建模仿真
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 系统硬件主板电路图
• 作者简历
• 学位论文数据集